UNIVERZA V MARIBORU

FAKULTETA ZA ELEKTROTEHNIKO,

RAČUNALNIŠTVO IN INFORMATIKO

Janko Polanec

ANALIZA ELEKTRIČNEGA POGONA V

PERUTNINSKIH HLEVIH

Diplomska naloga

Maribor, december 2008

I

Diplomska naloga visokošolskega strokovnega študijskega programa

ANALIZA ELEKTRIČNEGA POGONA V PERUTNINSKIH

HLEVIH

Študent: Janko POLANEC

Študijski program: visokošolski, Elektrotehnika

Smer: Močnostna elektrotehnika

Mentor: red. prof. dr. Mladen TRLEP

Somentor: doc. dr. Marko JESENIK

Maribor, december 2008

II

III

ZAHVALA

Zahvaljujem se mentorju dr. Mladenu Trlep za pomoč

in vodenje pri opravljanju diplomske naloge. Prav

tako se zahvaljujem somentorju dr. Marko Jesenik.

Posebna zahvala velja staršem, ki so mi omogočili

študij.

IV

ANALIZA ELEKTRIČNEGA POGONA V

PERUTNINSKIH HLEVIH

Ključne besede: elektroenergetika, pogoni ventilatorja, frekvenčni pretvornik.

UDK: 621.314.26;621.313.333(043.2)

Povzetek

V diplomski nalogi je predstavljen pogon ventilatorjev v piščančji farmi. Poseben

poudarek je na ventilatorjih napajanih preko frekvenčnega pretvornika. Opisano je

delovanje piščančje farme in pogoji, ki morajo biti izpolnjeni za njeno delovanje. Analiziran

je pogon ventilatorjev, pretoki zraka in poraba električne energije v piščančji farmi.

V

Analysis of the electric drive in the poultry stall

Key words: power energetics, ventilators drive, frequency converter.

UDK: 621.314.26;621.313.333(043.2)

Abstract

There is a presentation of the ventilators drive on a poultry stall in the dissertation. The

emphasis is on the ventilators which are supplied by the frequency converter. The poultry stall

and the conditions for its activity are also presented in the dissertation. There is also analysis

of the ventilator drive, air decantation and the consumption of the electricity needed at a

poultry stall.

VI

VSEBINA

1 UVOD ................................................................................................................................1

2 VENTILACIJA V PERUTNINSKIH HLEVIH ..............................................................1

2.1 Optimalna temperatura ..............................................................................................2

2.2 Optimalna vlaga ..........................................................................................................2

2.3 Ustrezna količina sveţega zraka .................................................................................2

2.4 Vpliv temperature in vlage na perutnino ...................................................................3

2.5 Kaj je relativna vlaga? ................................................................................................5

3 VENTILACIJA V PERUTNINSKIH HLEVIH ..............................................................7

3.1 Delovanje ventilacije ...................................................................................................7

3.2 Vrste ventilacije glede na tlak v objektu ....................................................................7

3.3.1 Ventilacija z nadtlakom ..........................................................................................8

3.3.2 Ventilacija s podtlakom ..........................................................................................8

3.3.3 Tunelska ventilacija ............................................................................................. 10

4 OPIS HLEVA OPREMLJENEGA Z RIVAL SISTEMOM ......................................... 11

4.1 Tehnični opis piščančje farme v Dobrovniku .......................................................... 11

4.2 Plinski grelci .............................................................................................................. 13

4.3 Postavitev grelcev v objektu ..................................................................................... 14

5 VENTILATORJI ............................................................................................................ 14

6 RAČUNALNIK............................................................................................................... 16

7 ZAGONI ASINHRONIH MOTORJEV ........................................................................ 18

7.1 VRSTE ZAGONOV ASINHRONSKIH MOTORJEV .......................................... 18

7.2 Napotki za priključitev asinhronega motorja ......................................................... 19

7.3 Zgradba asinhronskega motorja ............................................................................ 23

7.4 Delovanje asinhronskega motorja ............................................................................ 25

7.5 Asinhronski motorji s kratkostično kletko .............................................................. 28

8 MOŢNOSTI SPREMINJANJA ŠTEVILA VRTLJAJEV ASINHRONSKEGA

MOTORJA ......................................................................................................................... 30

8.1 Spreminjane števila vrtljajev s spremembo števila polovih parov ......................... 30

8.2 Spreminjane števila vrtljajev s spremembo slipa ................................................... 31

8.3 Spreminjane števila vrtljajev s spreminjane frekvence napajalne napetosti ......... 31

8.4 Obratovanje asinhronskega stroja s frekvenčnim pretvornikom .......................... 31

VII

9 FREKVENČNI PRETVORNIK .................................................................................... 33

10 MOTORJI ..................................................................................................................... 35

10.1 Frekvenčni pretvornik OMRON 3G3JV .............................................................. 35

10.2 Delovanje hleva opremljenega z rival sistemom ................................................... 36

10.3 Pretoki zraka ventilatorjev .................................................................................... 37

10.4 Primerjava med tremi enako velikimi hlevi z različno ventilacijo ....................... 41

11 SKLEP .......................................................................................................................... 42

12 VIRI IN LITERATURA ............................................................................................... 43

13 PRILOGE ...................................................................................................................... 43

13.1 Seznam slik .............................................................................................................. 43

13.2 Seznam tabel ........................................................................................................... 44

13.3 Seznam grafov ......................................................................................................... 44

13.4 Naslov študenta ....................................................................................................... 44

13.5 Kratek ţivljenjepis .................................................................................................. 44

1

1 UVOD

Pri pridobivanju praktičnega znanja na področju inštalacij, sem se srečal z montažo opreme v

perutninskih hlevih. Perutnina Ptuj je vgradila v svoje hleve različno ventilacijsko opremo za

menjavo zraka v hlevih. V hlevih je potrebno za vzrejo perutnine vzpostaviti primerno

mikroklimo, saj je od le te odvisen delež preživelih piščancev. Namen diplomske naloge je

proučiti pogon ventilatorjev z asinhronskimi motorji napajanimi s frekvenčnimi pretvorniki.

Primerjali bomo karakteristike pogonov in porabo električne energije v treh hlevih z

različnimi pogoni. Zniževanje porabe električne energije in s tem zmanjševanje obratovalnih

stroškov je cilj vsakega investitorja. Elektromotorji so zaradi svoje velike porabe energije in

razširjenosti najpomembnejši porabnik. Motorni pogoni se uporabljajo v perutninskih hlevih

tudi za klimatizacijo. Čeprav elektromotorni pogoni obratujejo sorazmerno ekonomično, pa v

njih prihaja do določenih izgub, ki jih je možno zmanjšati. Dodatno zniževanje obratovalnih

stroškov je možno z uporabo energetsko varčnih motorjev (motorjev z višjim izkoristkom),

elektronsko regulacijo hitrosti vrtenja ter uporabo sodobnih porabnikov (ventilatorjev). V

diplomi se bom posebej posvetil uporabi frekvenčnih pretvornikov v povezavi z

asinhronskimi elektromotorji uporabljenimi v piščančjih hlevih za klimatizacijo.

2 VENTILACIJA V PERUTNINSKIH HLEVIH

Ventilacija je eden od najpomembnejših tehnoloških procesov, ki ga morajo izvajati v

perutninskih hlevih. Kako in na kakšen način bom poskušal razložiti v nadaljevanju.

Razumeti, kaj ventilacija v perutninskih hlevih sploh je in kako jo pravilno uporabljati pomeni

doseči v hlevu takšne optimalne pogoje, ki bodo imeli neposredni vpliv na boljšo konverzijo

hrane, večji prirast in zmanjšano mortaliteto živali. Če k temu prištejemo tudi zmanjšane

stroške za ogrevanje in električno energijo, potem je jasno, da je vzdrževanje optimalnega

ambienta v hlevu še kako pomembno.

V osnovi ventilirati pomeni dovajati zunanji zrak v objekt ob istočasnem odvajanju

onesnaženega zraka iz objekta. Pojem ventilirati pomeni tudi cirkulirati zrak v samem

objektu, zato je cirkulacija zraka pomembna kategorija ventilacije. Pravilno ventilirati pomeni

premikati ravno pravšnjo količino zraka v pravem času in tako nadzorovati temperaturo, vlago

in nasploh klimo v perutninskem objektu vse s ciljem optimalnih vzrejnih rezultatov. Za

razumevanje ventilacije je potrebno poznati štiri bistvene stvari:

kako se piščanci počutijo zaradi temperature in vlage in kako nanjo reagirajo,

2

kako ventilacija sploh deluje,

kako deluje hlajenje z meglo in

kako vedeti, da ventilacija zares in pravilno deluje.

S poznavanjem osnov vseh štirih bistvenih točk bom predstavil osnove klimatizacije objekta,

ki zagotavlja boljše rezultate pri vzreji perutnine.

V nadaljevanju bom podal kratke razlage nekaterih pomembnih pojmov.

2.1 Optimalna temperatura

Optimalna temperatura, ki zagotavlja najboljše vzrejne rezultate je različna, odvisna je od

starosti perutnine in se giblje v mejah od 31-32 °C v prvem dnevu in do 19-21 °C ob koncu

vzreje. V kolikor se temperatura povzpne ali pade izven teh parametrov se piščanci ne bodo

več počutili komfortno, povečala se bo poraba krme, zmanjšal se bo dnevni prirast, v kritičnih

trenutkih pa lahko pričakujemo tudi pogin piščancev.

2.2 Optimalna vlaga

Optimalna vlaga naj bi bila v objektu med 60-70 %. Previsoka vlaga povzroča vlažno steljo in

s tem večje probleme z amoniakom. Prenizka vlaga pa v objektu povzroča povečanje prahu in

dihalne probleme piščancev.

2.3 Ustrezna količina sveţega zraka

Za dihanje porabljajo živali kisik iz zraka, sproščajo pa ogljikov dioksid. Zato je potrebno

dovajati svež zrak v objekt ne glede na letni čas vzreje. Z istočasnim odvajanjem zraka iz

objekta pa dosežemo zamenjavo ogljikovega dioksida, ostalih toksičnih plinov, amoniaka ter

prahu s svežim zrakom polnim kisika.

Nadzorovati klimo v objektu torej pomeni kontrolirati vse te ključne točke. V kolikor katera

izpade iz kontrole, se vse tri ostale količine spremenijo in niso več adekvatnih vrednosti. Na

primer, z dovajanjem kisika v objekt in odvajanjem toksičnih plinov s pomočjo ventilacije ne

moremo kontrolirati temperature in vlage v objektu.

Pravilna klimatizacija torej pomeni, da dovajamo ravno pravšnjo količino zraka v objekt

(kisika), odvajamo pa odvečno temperaturo, vlago in toksične pline ter prah.

3

2.4 Vpliv temperature in vlage na perutnino

Zelo majhne živali imajo izredno majhno možnost regulacije svoje lastne temperature. Zato

potrebujejo toplo okolico in sicer okrog 32,2 °C. Ko perutnina raste se njihova komfortna

temperatura teden za tednom znižuje in je v času pred zakolom približno od 18,3 do 21 °C.

To pomeni, da moramo v zgodnji fazi vzreje skrbeti, da je piščancem dovolj toplo. V času

odraščanja pa je potrebno živalim odvajati toploto iz telesa – jih ohladiti.

Uravnavati temperaturo tako, da bodo živali vedno v komfortni temperaturni coni, pomeni,

spoznavati vpliv temperature in vlage na počutje piščancev. Piščanec pretvarja konzumirano

hrano in vodo v energijo, ki uravnava njegove organe in muskulaturo, da ohranja svoje telo

toplo in da poleg vsega še raste. Hrane ne izkoristi 100 % za svojo rast, ampak poleg tega še

proizvaja precejšnjo količino toplote in vlage (skozi fekalije in dihanje).

Daljši kot je vzrejni ciklus več temperature oddajo. Na primer populacija 20 000 piščancev v

sedmem tednu starosti odda skoraj toliko toplote kot 2 do 3 termogenski grelci. Količina

oddane vlage tudi variira glede na starost piščancev. Vedeti je potrebno, da 20.000 piščancev

povprečne teže 2 kilograma odda v objekt skoraj 3.800 litrov vode na dan.

Logično sledi, da temperatura in vlaga s starostjo piščancev naraščata. Piščanci oddajo

odvečno toploto v zrak, ki jih obkroža. Zrak cirkulira okrog piščančjih teles, prevzema

njihovo toploto in jo odvaja v okolico. Piščanci nimajo tako uspešnega termoregulacijskega

sistema kot ljudje, ki lahko z znojenjem oddajajo odvečno toploto svojega telesa. Ko v

objektu temperatura naraste na več kot 26-27 °C se začnejo pojavljati prvi znaki toplotnega

stresa.

Normalna temperatura telesa piščanca je 37,7 °C in v kolikor se temperatura zraka povzpne

nad 27 °C začne piščančje telo izgubljati možnost samohlajenja. Posledica segrevanja je

odklanjanje hrane in vode, pozneje pa pogin v kolikor se situacija ne izboljša.

Prisilna menjava zraka v objektu pomaga piščancem odvajati toploto. Vendar se v poletnih

mesecih srečujemo s situacijo, da s toploto nasičen zrak izsesavamo iz objekta in ga

nadomeščamo z ravno tako toplim zrakom, ki ni sposoben prevzeti toplote piščančjega telesa.

Edini način hlajenja piščancev, ki je v tem podnebnem pasu še mogoč, se imenuje hlajenje s

povečano in usmerjeno hitrostjo zraka skozi objekt (wind-chill).

Wind-chill pomeni premikati zrak s tako hitrostjo, da se efektivna temperatura, ki jo dejansko

čuti piščanec zmanjša.

Na primer, če je temperatura zraka v objektu 32 °C pri povprečni relativni vlagi. In če se zrak

giblje s hitrostjo 18 m/min (0,3 m/s) potem bodo piščanci zaznali temperaturo 32 °C. V

4

kolikor bomo s pomočjo ventilacije povečali hitrost premikanja zraka skozi objekt na 1 m/s,

bodo piščanci občutili temperaturo okoli 26,6 °C. V kolikor bomo povečali hitrost zraka v

objektu nad 2 m/s, potem bodo piščanci občutili temperaturo okrog 23,8 °C in manj.

Za dosego takšnega hitrostnega stanja pa je potrebna že tunelska ventilacija. V izredno

visokih temperaturah pa lahko dodatno hlajenje dosežemo z evaporacijo vode v zrak. To

dosežemo z zelo preciznimi šobami, ki praktično vbrizgavajo meglo v objekt ali pa dovajamo

zrak skozi evaporativne panele. Ko voda izpareva v zrak, se pri tem zmanjšuje temperatura

zraka. Ta sistem deluje samo v pogojih nizke relativne vlage. Zanimivo je, da lahko v

določenih mejah piščanci vzdržijo večjo temperaturo, če lahko zagotovimo v nočnem času

padec temperature za več kot 3 °C dnevne temperature. Piščanci izkoriščajo nižjo nočno

temperaturo, da oddajo nakopičeno telesno toploto preko dneva. Tako pričnejo nov dan sveži.

V kolikor se nočna temperatura ne spusti tako nizko, potem bodo piščanci naslednji dan začeli

že z odvečno toploto iz prejšnjega dne. Piščanec bo naslednji topel dan prenašal težje, ne bo

konzumiral hrane in vode in v kolikor klime v objektu ne spremenimo bo poginil.

Piščanci se poskušajo hladiti preko odprtega kljuna. Pri visoki temperaturi piščanci držijo

odprt kljun. Na ta način se piščanci sami poskušajo hladiti z izhlapevanjem vlage na jeziku.

Piščanci se na tak način lahko hladijo, le če je zrak, ki se giba preko njihovega kljuna,

nenasičen z vlago. Skoraj v vseh primerih je zrak, ki se nahaja v objektu že do maksimuma

nasičen z vlago, zato piščančev sistem odvajanja toplote na prej opisan sistem odpove. Če

relativna vlaga v objektu naraste za več kot 70 % bodo piščanci v tako imenovanem

temperaturnem stresu.

Visoka vlaga lahko povzroči veliko problemov tako v zimskem kakor tudi v letnem času. V

zimskem času se objekt ventilira manj kot v letnem času. Torej pozimi odvedemo iz objekta

manj relativne vlage. V zimskem času ne proizvajajo vlage samo piščanci, ampak se vlaga

ustvarja, zaradi ogrevanja s plinskimi grelci. Le ti iz zraka porabljajo kisik, povečujejo pa

ogljikov dioksid in vlago. Rezultat slabe ventilacije v zimskem času ne bo samo povečanje

vlage stelje in s tem povečanje amoniaka v objektu, ampak lahko tudi v zimskem času nastopi

temperaturni stres.

V poletnem času pa večina problemov zaradi povečane vlage nastopi ob nevihtah. V vročem

avgustovskem dnevu po nevihti se lahko temperatura povzpne tudi do 32 °C vlaga pa na več

kot 90 %. Piščanci so pod zelo hudim temperaturnim stresom, zato je potrebno takrat

maksimalno ventilirati objekt oziroma zagotoviti maksimalno izmenjavo zraka v hlevu.

5

Slika 2.1: Opis želene in izmerjene temperature

2.5 Kaj je relativna vlaga?

Ko voda izpareva, izginja v zrak in se pojavlja kot vodna para. Zrak lahko prenaša litre in litre

vode v plinastem stanju. Vendar pa zrak ne more prenašati neskončne količine vodne pare. Pri

maksimalni količini vodne pare je zrak nasičen. Takrat govorimo o 100 % relativni vlagi v

zraku. V kolikor se relativna vlaga v objektu poveča na več kot 70 %, zrak v objektu ne more

več absorbirati vlage, ki jo oddajo piščanci in vlage v sami stelji. Zato postaja stelja vedno

bolj vlažna, z vlažno steljo pa se pojavijo problemi z amoniakom. V kolikor se ob povečani

relativni vlagi poveča tudi temperatura lahko pričakujemo temperaturni stres. Relativna vlaga

je torej odvisna od temperature.

6

Slika 2.2: Odvisnost relativne vlage od temperature

Zrak z višjo temperaturo lahko vsebuje več vlage. Zrak pri nižji temperaturi pa lahko vsebuje

manj vlage. To pomeni, da topel zrak absorbira več vlage iz objekta kot hladen. Torej tudi

takrat, ko imamo opravka s hladnim zrakom in visoko relativno vlago, ki vstopa v ogret

objekt, se le temu relativna vlaga zmanjša, ker se zrak segreje. Zaradi takšnega fizikalnega

pojava je v zimskem času ventilacija sploh izvedljiva. Ko ventilatorji vsrkajo hladen zrak v

objekt, se bo ta začel segrevati. S tem se zmanjša relativna vlaga, poveča pa se možnost

absorpcije vlage, ki jo oddajajo piščanci ali stelja. V kolikor povečujemo temperaturo zraka se

za vsakih 12 °C dvakrat poveča količina vlage, ki jo zrak lahko nosi (absorbira).

Za primer vzemimo objekt 12 x 120 x 3,5 m v katerem je zrak segret na 15 °C. Tak zrak bo

imel 100 % relativno vlago takrat, ko bo vseboval okrog 53 litrov vode. V kolikor zrak

7

segrejemo na 27 °C, bo ta isti imel 100 % relativno vlago takrat, ko bo vseboval 110 litrov

vode.

Zrak pri temperaturi 27 °C lahko vsebuje dvakrat več vode kot taisti zrak segret samo na

15 °C. Povedano drugače, zrak segret na 27 °C bi pri 50 % relativni vlagi vseboval 53 litrov

vode. V kolikor se ta zrak ohladi za 12 °C bo relativna vlaga narasla na 100 %.

3 VENTILACIJA V PERUTNINSKIH HLEVIH

3.1 Delovanje ventilacije

Pravilno izdelana ventilacija mora zadostiti vsem potrebam objekta in živali v njem ne glede

na letni čas in starost piščancev. V poletnem času, ko potrebujemo maksimalno ventilacijo,

moramo z njo zagotoviti približno eno izmenjavo zraka v objektu na minuto. S pravilno

namestitvijo loput pa je potrebno zagotoviti, da bo zunanji zrak, ki prihaja v objekt, dosegel

hitrost tudi do 2 m/s.

V zimskem času bo potreba po bo odvajanju toplote manjša. Povečana pa bo potreba po

odvajanju vlage in amoniaka. Tako je potrebno z ventilacijo zagotoviti vsaj enkratno

izmenjavo zraka v 10 minutah. Na ta način poizkušamo zmanjšati in optimalizirati izgubo

toplote v objektu zaradi ventilacije. Vstopajoč zrak dovedemo v objekt čim višje, tako da se

najprej pomeša s toplim zrakom na stropu objekta in šele nato prispe v cono piščancev.

3.2 Vrste ventilacije glede na tlak v objektu

Poznani sta dve vrsti ventilacije:

ventilacija s pozitivnim tlakom (nadtlakom) v objektu in

ventilacijo z negativnim tlakom (podtlakom) v objektu.

8

3.3.1 Ventilacija z nadtlakom

Fen- grelec

Slika 3.1: Ventilacija z nadtlakom

Ventilatorji pihajo svež zrak v objekt. V večini se uporablja samo en ventilator večjih

kapacitet. Takoj za ventilatorjem so nameščeni grelci, ki vstopajoči zrak segrejejo in mu

odvzamejo vlago. Po dolžini objekta so potrebni dodatni mešalni ventilatorji, ki distribuirajo

zrak po vsem objektu. Takšen način ventilacije je primeren za zimski čas, ko so izmenjave

zraka minimalne. Gibanje zraka skozi objekt pa je neenakomerno. Pri ventilatorju je hitrost

zraka večja, nato pa pada s kvadratom razdalje.

3.3.2 Ventilacija s podtlakom

Slika 3.2: Ventilacija s podtlakom

ventilator

9

Ventilatorji, ki so nameščeni na vzdolžni strani objekta izsesavajo zrak iz objekta in na ta

način ustvarjajo podtlak v objektu. S pravilno izbiro količine ventilatorjev, kakor tudi

vstopnih zračnih loput, lahko podtlak kontroliramo, torej ga držimo na stalno istem nivoju ne

glede na število delujočih ventilatorjev. Zaradi podtlaka v objektu, bo le ta vsrkaval zunanji

zrak v objekt na vseh odprtinah enako ne glede na položaj delujočega ventilatorja. Enako pa

bo zrak vstopal v objekt v vseh nezatesnjenih delih objekta, katerih ne moremo kontrolirati.

Zato je potrebno, za pravilno delovanje sistema ventilacije na osnovi podtlaka, objekt

zatesniti. Velikost podtlaka v objektu naj bi bila konstantna in v mejah od 0,05 cm do 0,25 cm

vodnega stolpca.

V kolikor so vstopne lopute premajhne potem bo podtlak v objektu narasel, ventilatorji bodo

vsled tega preobremenjeni, zato se bo njihova kapaciteta občutno zmanjšala. V kolikor so

lopute preveč odprte glede na delujoče število ventilatorjev, se bo podtlak v objektu zmanjšal

in zrak bo v objekt prihajal samo skozi lopute, ki so bližje delujočim ventilatorjem. Iz tega

sledi, da je potrebno veliko pozornosti nameniti pravilni izbiri in regulaciji vstopnih loput.

V času, ko so piščanci majhni, pa od loput zahtevamo, da bo zrak prihajal v objekt s primerno

hitrostjo, da bo dalj časa ostajal v zgornjih plasteh objekta in se ogrel preden bo dosegel

območje piščancev. Ventilacija s podtlakom je ena najbolj uporabnih sistemov ventilacije,

vendar pa zahteva stalno kontrolo in regulacijo podtlakov v objektu in s tem tudi hitrost zraka

v območju s piščanci. Zahteva pa tudi zatesnjen objekt. V kolikor objekt spušča na katerem

koli delu, razen na vstopnih zračnih loputah, potem bo sistem delovanja ventilacije porušen ali

pa sploh ne bo deloval v nekaterih delih objekta.

Bočna ventilacija je primerna tudi kot minimalna ventilacija, ko ni potrebno zagotoviti

dodatnega hlajenja piščancev.

10

3.3.3 Tunelska ventilacija

Slika 3.3: Tunelska ventilacija

Vsak sistem ventilacije s podtlakom, kjer so ventilatorji montirani na eni strani objekta,

vhodne zračne odprtine pa se nahajajo na drugi strani objekta, imenujemo tunelska ventilacija.

Zrak pri takšnem tipu ventilacije vstopa v objekt na začetku in se po celotnem preseku objekta

giblje v vzdolžni smeri proti koncu objekta. To je eden od redkih sistemov ventilacije za

poletne vroče mesece, ki s hitrostjo gibanja zraka v celotnem preseku objekta daje piščancem

občutek hlajenja. Zrak, ki prihaja v objekt s temperaturo 32 °C in se giblje s hitrostjo 2 m/s,

bodo piščanci čutili kot zmanjšano toploto za 7 °C.

11

4 OPIS HLEVA OPREMLJENEGA Z RIVAL SISTEMOM

Sodobne piščančje farme so danes opremljene s številnimi električnimi napravami, ki

tehnološko podpirajo proizvodnjo in tako lažje delo farmarjev.

4.1 Tehnični opis piščančje farme v Dobrovniku

V farmi velikosti 84 x 12 m se nahaja:

20 plinskih grelnikov,

4 zadnji ventilatorji,

4 bočni ventilatorji, ki delujejo preko frekvenčnega pretvornika,

2 stropna eno fazna ventilatorja,

lopute, ki jih odpirajo motorji,

vlaženje preko visokotlačne vodne črpalke,

3 motorji za krmilni trak,

motor za dobavo silosa v farmo in

računalnik, ki meri temperaturo in relativno vlago v farmi in služi za vklapljanje

ventilacije, odpiranje in zapiranje zračnih loput, prižiganje plinskih grelcev in

vlaženje.

Legenda:

- tipalo temperature

- plinski grelec

- bele luči

- modre luči

- ventilatorji

12

Slika 3.4: Razporeditev električne opreme v perutninskem hlevu Dobrovnik

13

4. 2 Plinski grelci

V svetu obstaja več različnih modelov plinskih grelcev. Piščančja farma v Dobrovniku ima

vgrajen model g – HE/RZ, kar pomeni, radiacijski plinski grelec s kontrolo grelne površine

priključitev na 12 V DC/24 V AC. Moč enega grelca znaša 11 kW. Pritisk plina v grelcu

znaša 26,2 – 30,0 mbar. Plinski grelci so nameščeni 1,5 – 1,8 m nad površino. Razdalja med

grelci znaša 7,6 – 12,2 m. Dimenzije grelca so naslednje: premer pokrova 86 cm in višina

grelca 41 cm. Teža posameznega plinskega grelca znaša 9,2 kg. Maksimalna poraba plina

znaša 1,66 l/h. Zaradi požarne varnosti je potrebno upoštevati minimalno oddaljenost od

vnetljivih predmetov, ki je sledeča:

stranska – 76 cm,

zgoraj – 30 cm in

spodaj – 120 cm.

Število grelcev v eni farmi je pogojeno s številom živali v farmi. Zgoraj opisani model

omogoča naslednje število živali na en grelec:

2000 – 3000 piščancev,

750 – 1000 rac,

1500 – 2000 nesnic,

1500 - 2000 fazanov in

900 puranov.

Slika 4.1: Plinski grelec

14

4.3 Postavitev grelcev v objektu

Vsaka oprema v farmi mora biti postavljena v skladu z veljavnimi predpisi. Plinski grelci so v

farmi locirani (obešeni) na razdalji ca 7,5 m v vrsti. V primeru več vrst, je priporočeno

obešanje v cik cak liniji. Vsak grelec je obešen posebej z jekleno vrvjo ali verigo. Kjer gre za

obešanje grelcev v seriji, se grelci pripnejo z jekleno vrvjo. Tako lahko celotno linijo grelcev

preko vitla poljubno dvigamo in spuščamo. Pri tem pa moramo biti posebej pozorni na

nosilnost jeklene vrvi oziroma vitla. Vsak grelec je varovan z varovalno verigo, da v primeru,

če poči jeklena vrv ali popusti vitel, grelec ne pade v nastilj.

Temperatura v farmi je kontrolirana z nastavljenim termostatom. Z dvigovanjem grelcev,

temperatura v območju piščancev pada. Priporočena začetna višina obešanja grelcev je na 1,8

metra nad nastiljem. Na vsak grelec je na plinski napeljavi montiran ročni ventil. Vsak objekt

posebej ima merilec porabe plina.

Po vsakem zaključenem turnusu (prihod in odhod ene jate piščancev) se mora plinski grelec

očistiti.

5 VENTILATORJI

Ventilatorji v piščančjih farmah imajo pomembno vlogo prezračevanja. Kadar naravna

ventilacija ne zadovoljuje več potreb po temperaturi in zraku, uporabimo ventilatorje in

vhodne odprtine. Tako umetno dovajamo svež zrak v hlev in vzdržujemo potrebno

mikroklimo.

Farma v Dobrovniku ima vgrajene ventilatorje EOLSTAR. Ventilatorji EOLOSTAR serije ES

sodijo v skupino tako imenovanih visokopretočnih počasi vrtečih se ventilatorjev, ki se

odlikujejo po izjemno veliki pretočni zmogljivosti ob relativno nizkem številu obratov.

Rezultat tega je tiho delovanje in nizka poraba električne energije.

15

Bočni ventilatorji na farmi v Dobrovniku so tipa ES-100 R. Dimenzije A, B in C so naslednje:

A = 96 cm,

B = 32 cm / 40 cm in

C = 84 cm.

Slika 5.1: Ventilator – dimenzije

Zadnji ventilatorji so tipa ES-140 R. Dimenzije teh ventilatorjev so večje od bočnih

ventilatorjev in so naslednje:

A = 138 cm,

B = 32 cm / 40 cm in

C = 125 cm.

Hala hleva ima v sredini zaveso in pred njo končna stikala za krmilne trakove, tako da krma

potuje samo do polovice hleva. Zavesa je potrebna zaradi ekonomičnosti prireje. Manjši

piščanci ob enakem številu potrebujejo manj prostora, zato se hala v prvi fazi prireje z zaveso

zmanjša na polovico. Tako se v prvi fazi prireje prihrani precej električne energije in plina.

16

Slika 5.2: Ventilator tipa ES-100 R

Stropna enofazna ventilatorja sta tip EZF 136 S4 z močjo 0,4 kW. Izvedba teh ventilatorjev je

takšna, da je stator v sredini, na rotor pa so neposredno nameščena krila ventilatorja. Stropna

ventilatorja sta montirana dodatno samo za povečano prezračevanje pri povišani temperaturi v

hlevu. Ventilatorji se vklapljajo ročno na glavni razdelilni elektro omari.

6 RAČUNALNIK

Procesni računalnik omogoča nadzor in delovanje celotne piščančje hale in je v veliko pomoč

vzreditelju. Računalnik vsakih 15 sekund odčitava stanje posameznih senzorjev v hali. Na

podlagi teh podatkov izračuna povprečno temperaturo merjeno med senzorji, ki so postavljeni

v objektu. V kolikor računalnik ugotovi nenormalno obnašanje posameznega senzorja, ga sam

izključi iz izračuna povprečne vrednosti temperature. Računalnik prikazuje tudi temperaturo

posameznih senzorjev. Maksimalno lahko prikaže temperature 12-tih senzorjev in sicer po

grupah. Stalno je beležena tudi temperatura, ki jo kaže zunanji temperaturni senzor. Zunanji

temperaturni senzor deluje v območju od -15 °C do +49 °C. Računalnik zapisuje tudi najvišjo

in najnižjo temperaturo v hali pridobljeno enako kot povprečno temperaturo.

17

Relativno vlago meri računalnik preko senzorja za relativno vlago, ki je po navadi nameščen

na sredini hale. S pomočjo relativne vlage računalnik izračunava stresni faktor (razmerje

relativne vlage v odstotkih in temperature v stopinjah in uravnava delovanje opreme za

vlaženje. Senzor mora biti vedno suh in očiščen prahu.

Računalnik deluje po sedmih modulih delovanja, odvisno od programa, starosti živali in

temperatur v objektu.

S pomočjo programske opreme je možno slediti trenutnim informacijam o živalih v hlevu

(starost piščancev, teža piščancev ob vhlevitvi, predvidena teža ob koncu reje, predvidena

starost ob koncu reje, število vseljenih živali, mortaliteto piščancev, ….).

Vsako uro se evidentira poraba vode v hali. Občutna povečana poraba vode je dober

pokazatelj, da je s piščanci nekaj narobe.

Računalniško je vodena tudi ventilacija oziroma prevetrovanje. Pri procesu prevetrovanja se

bodo bočne lopute odprle za določeno vrednost, istočasno pa se bodo vključili ventilatorji, ki

so programirani za delovanje pri prevetrovanju.

Računalnik že ima programiran minimalni čas odpiranja loput, ki znaša 3 sekunde. Zato mora

biti odprtost lamel v centimetrih večja kot časovno potovanje lopute. Pri različnem številu

delujočih ventilatorjev se morajo lopute enakomerno oziroma proporcionalno odpirati.

Na samem računalniku se nahaja rele, na katerega je mogoče priključiti zvočni ali svetlobni

alarm. Računalnik alarmira v naslednjih nastavitvah:

najvišja dovoljena temperatura v objektu je 37 °C (nad to temperaturo računalnik

sproži alarm),

alarm zaradi visoke (35 °C) ali nizke (33 °C) temperature,

alarm za preveliko porabo vode: 800 litrov (maksimalna poraba vode na uro).

alarm za premalo porabe vode; Računalnik primerja dnevne porabe med seboj

(današnjo z včerajšnjo) in v kolikor je današnja nižja za več kot 10 % se sproži alarm.

18

S

Slika 6.1: Računalnik

7 ZAGONI ASINHRONSKIH MOTORJEV

7.1 VRSTE ZAGONOV ASINHRONSKIH MOTORJEV

V času, ko priklopimo motor na omrežje, se začne motor vrteti vedno hitreje. Temu času

pravimo zagonski čas. Če priključimo elektromotor s stikalom direktno na omrežje, steče v

trenutku zagona velik zagonski tok Izag, ki znaša od 3 do 8 krat In, z večanjem obratov pa tok

pada. Iz omrežja ne moremo odvzeti poljubno veliko toka, saj bi se med zagonom pojavil

prevelik padec napetosti. Direktno lahko vklapljamo motorje manjših moči. Obstaja pa v

nekaterih primerih problem z velikim zagonskim momentom, ki lahko povzroči nezaželene

mehanske sunke.

Zagone asinhronih motorjev delimo na:

- direktni zagon,

- zagon z upori v rotorskem tokokrogu in

- zagon z znižano napetostjo oz. mehki zagon z znižanim momentom.

Direktni zagon se uporablja pri motorjih manjših moči, ker tam ni problema zaradi

prevelikega zagonskega toka in posledično padcev napetosti.

19

Zagon z upori v rotorskem tokokrogu se uporablja takrat, ko želimo manjši zagonski moment,

takšen zagon pa je možen samo pri asinhronih motorjih z drsnimi obroči. Zagon z znižano

napetostjo oz. mehki zagon se uporablja, ko potrebujemo zmanjšan zagonski moment in

manjši zagonski tok.

Poznamo več zagonov z znižano napetostjo:

- s predupori v statorskem tokokrogu,

- z avtotransformatorjem,

- mehki zagon z elektronskim zaganjalnikom (tiristorski mehki zagon) in

- zagon s stikalom zvezda-trikot.

7.2 Napotki za priključitev asinhronega motorja

Pri priključevanju moramo paziti na nazivne napetost motorja oziroma navitij. Pri motorjih

manjših moči (do 3 kW) je navitje motorja večinoma dimenzionirano za napetosti 230 V, zato

ga lahko priklopimo le v vezavi zvezda na 400 V. V tem primeru piše na ploščici 230 Δ in

400 Y; torej zagon zvezda-trikot ni možen. Fazna navitja motorjev večjih moči so

dimenzionirana na napetost 400 V. V tem primeru pa na ploščici piše samo 400 Δ, zagon

zvezda-trikot je možen.

Razporeditev priključnih sponk in priključitev na omrežje v vezavi zvezda in trikot.

M

3 F

L1

L2

L3

N

U1 V1 W1

V2 W2

U1 V1 W1

U2

U2 V2 W2

U1 V1 W1

Slika 7.1: Direktni vklop asinhronskega motorja s kratkostično kletko

20

Večje motorje smemo priključiti v omrežje le z znižano napetostjo, s čimer omilimo vklopni

tokovni sunek. V najenostavnejšem primeru zadostuje vklapljanje s pomočjo stikala zvezda-

trikot.

Ker smemo statorsko navitje vsakega motorja priključiti v vezavo zvezda ali trikot,

uporabljamo za zaganjanje vezavo zvezda in za obratovanje vezavo trikot. Ob zagonu v

vezavi zvezda je statorsko navitje priključeno na 1/√3 nižjo fazno napetost kot v vezavi trikot,

ne da bi za znižanje napetosti uporabili predupor. Zagonski tok je pri priključitvi v vezavo

zvezda trikrat manjši kot bi bil, če bi motor priključili v vezavo trikot, prav tako je v vezavi

zvezda trikrat manjši zagonski vrtilni moment v primerjavi z zagonskim vrtilnim momentom

v vezavi trikot. Srednje vrednosti razmerij zagonskega toka in zagonskega vrtilnega momenta

pri motorjih s kratkostično kletko prikazuje tabela A.

V2 W2

U1 V1 W1

W2

L1

L2

L3

L1 L2 L3U1 V1 W1U2 V2

U2

Slika 7.2: Vezava stikala zvezda – trikot na sponke UVW asinhronskega motorja s

kratkostično kletko

21

Tabela 1: Srednje vrednosti razmerij zagonskega toka in zagonskega momenta

motorjev s kratkostično kletko

Način vklopa Motor z enojno kletko Motor z dvojno kletko Motor s poglobljenimi

utori

NJ

Jz

N

Z

M

M

NJ

Jz

N

Z

M

M

NJ

Jz

N

Z

M

M

Direktni vklop 7 1,8 5,25 2,4 4,8 1,5

Vklop s

stikalom zvezda

- trikot

2,3 0,6 1,75 0,8 1,6 0,5

Največji dopustni zagonski tok asinhronskih motorjev je določen s predpisi. Če zagonski tok

ni znan, vzamemo za njegovo vrednost osemkratno vrednost nazivnega toka.

Za povečanje faktorja moči asinhronskih motorjev uporabljamo trifazne kondenzatorske

baterije. Ob uporabi stikala zvezda-trikot direktna priključitev trifaznih kondenzatorskih

baterij na sponke UVW motorja ni dopustna, ker lahko v breznapetostnem stanju, ko motor

preklopimo iz vezave zvezda v vezavo trikot, nastopi samovzbujanje motorja, naelektreni

kondenzatorji pa so lahko po preklopu priključeni na napetost z obratnim vrstnim redom faz.

V ta namen uporabljamo posebna stikala zvezda-trikot, pri katerih se preklop iz vezave

zvezda v vezavo trikot izvrši brez prekinitve napetosti na sponkah UVW.

Statorski zaganjalnik uporabljamo pri motorjih s kratkostično kletko, ki jih iz obratovalnih ali

kakšnih drugih razlogov ne smemo zaganjati s stikalom zvezda-trikot. Moč motorja ne sme

biti večja od 15 kW, če ga priključujemo na javno nizkonapetostno omrežje. Če je statorsko

navitje vezano v zvezdo, je smiselno, da vežemo zaganjalnik v zvezdišče, ker s tem

dosežemo, da je potencial zaganjalnika proti masi zelo majhen.

22

L1

L2

L3

N

U1

W1

L2

L3

N

W1 V1

U1

V1

L1

Slika 7.3: Vezava statorskega zaganjalnika na sponke UVW asinhronskega motorja

Razen tega, da pri uporabi statorskega zaganjalnika vrtilni moment pada s kvadratom

napetosti in da nastajajo na zaganjalniku joulske izgube, ima ta povrhu še majhno

učinkovitost. Zagonski tok je, kot smo videli, za napetostjo močno fazno zakasnjen in ima

majhno delovno komponento. Padec napetosti na ohmski upornosti statorskega zaganjalnika,

ki leži v fazi s pritisnjeno napetostjo, lahko povzroča le omenjena delovna komponenta

zagonskega toka v statorskem navitju. Za zaganjanje motorjev s kratkostično kletko z močjo

30 kW in več se iz teh razlogov uporabljajo trifazni zagonski transformatorji, ki so večinoma

vezani v varčni vezavi. Z njihovo pomočjo zaganjamo motorje z znižano napetostjo, začenši

pri ⅓ nazivne napetosti, ki jo nato postopno povečujemo in zagonski tok v vsaki stopnji

zadržujemo na 1,5 do 2-kratni nazivni vrednosti.

Uporaba motorjev s kratkostično kletko je omejena povsod tam, kjer je treba motor pogosto

zaganjati pod obremenitvijo, ker se rotorsko navitje zaradi velikega zagonskega toka

nedopustno močno segreje. Razen tega pri mnogih pogonih zagonski vrtilni moment ne

zadošča, nastavljanje vrednosti rotorskega toka pa sploh ni mogoče. [2]

23

Menjava smeri vrtenja

Smer vrtenja motorja spremenimo preprosto tako, da med sabo zamenjamo dva poljubna

dovodna fazna vodnika.

7.3 Zgradba asinhronskega motorja

Asinhroni motor je najvažnejši stroj na trifazni tok. Sestoji iz mirujočega dela, ki ga

imenujemo stator in rotirajočega dela, ki ga imenujemo rotor. Oba dela stroja sta medsebojno

ločena z ozko zračno režo, ki običajno znaša nekaj desetink milimetra. Stator ima obliko

votlega valja, izdelan pa je iz lamel, stisnjenih v paket, ki je z vijaki pritrjen na ohišje iz

jeklene litine. Lamele so iz dinamopločevine in so izolirane ena od druge s tankim papirjem

ali pa enostransko lakirane z izolacijskim lakom. Na ta način preprečimo, da bi se v statorju

razvili znatni vrtinčni tokovi. Za boljše odvajanje toplote, ki se razvija med obratovanjem

stroja, služi rebrasto ohišje, za samo hlajenje pa uporabljamo ventilator, ki je pritrjen na osi

motorja, ki skozi odprtine v ležajnem ščitu sesa hladilni zrak v notranjost motorja. Na notranji

strani statorskega paketa so skozi lamele usekani utori, skozi katere je vtisnjeno trifazno

navitje. Naloga trifaznega navitja v statorju stroja je ustvarjanje vrtilnega magnetnega polja,

na katerem temelji delovanje asinhronega motorja. V najenostavnejšem primeru dvopolnega

stroja so v utorih statorskega paketa nameščena 3 navitja, za vsako fazo po eno, ki so med

seboj geometrično premaknjena za 120°. Konci navitij so speljani na sponke v priključni

omarici, ki je nameščena na ohišju stroja. Iz označb priključnih sponk in iz napisne ploščice, s

katero je opremljen vsak električni stroj, lahko sklepamo o načinu priključitve in obratovalnih

podatkih. Na napisni ploščici najdemo: oznake proizvajalca, tip stroja, tovarniško številko,

vezavo, nazivno moč, nazivno napetost, nazivni tok, omrežno frekvenco, nazivno vrtilno

hitrost, faktor moči (cos φ) in razred izolacije.

Na čelnih straneh statorja sta nameščena ležajna ščita, ki nosita valjasta ležaja, v katerih se

vrti centrično nameščen rotor stroja. Rotor se najpogosteje gradi v izvedbi s kratkostično

kletko, redkeje pa v izvedbi z drsnimi obroči in rotorskim zaganjalnikom. V obeh primerih

rotorskemu navitju ne dovajamo vzbujevalnega toka, temveč poganja tok v navitju inducirana

napetost kot posledica indukcije v vrtilnem magnetnem polju statorja. Iz teh dveh razlogov

asinhronski motor imenujemo tudi indukcijski motor.

Rotor s kratkostično kletko sestoji iz osi motorja, na katerem je nameščen paket lamelirane

pločevine iz železa z izsekanimi utori na zunanjem obodu, skozi katere so potisnjene rotorske

palice in dveh kratkostičnih obročev, ki na čelnih straneh železnega paketa rotorske palice

24

sklepata v kratkostično kletko, po kateri se motor imenuje. Telo rotorja je valjaste oblike,

lamelirana pločevina železnega paketa pa ima podobno kot pri statorju nalogo zmanjšati

vrtinčne toke na minimum. Pri velikih strojih so palice in kratkostična obroča izdelani iz

bakra ali bronce, pri manjših strojih pa je celotna kletka iz aluminijeve litine, ki se vbrizga v

paket rotorske pločevine v raztaljenem stanju. Sistem rotorskih palic (vodnikov rotorskega

navitja) ni izoliran nasproti železnemu paketu, ker zaradi majhne električne upornosti

kratkostične kletke v primerjavi z električno upornostjo železa rotorski tokovi tečejo praktično

samo v vodnikih kratkoročne kletke. Kratkostični obroči imajo na čelnih straneh pogosto

ulita krilca za prezračevanje motorja. Diametralno nasprotne rotorske palice tvorijo preko

kratkostičnih obročev tokovne zanke oziroma tuljave s številom ovojev N2 = 1, kjer se

domenimo, da bomo z indeksom 1 označevali veličine v statorskem, z indeksom 2 pa veličine

v rotorskem navitju. Rotorsko navitje motorja s kratkostično kletko je polifazno (je večfazno)

navitje, ki ima toliko faz, kolikšno je število zank.

Slika 7.4: Rotor s kratkostično kletko

Rotorji s kratkostično kletko nimajo določenega števila polovih parov in zato lahko obratujejo

v strojih z različnim številom polovih parov statorja.

Iz opisa rotorja s kratkostično kletko je razvidno, kako enostavna je njegova konstrukcija. Le

ta ne vsebuje delov, ki so lahko vzrok različnih motenj in obrabe kot so komutator, drsni

obroči in ščetke. Prav tako je jasno, da pri rotorju s kratkostično kletko priključitev zunanjih

upornosti za zmanjševanje rotorskega toka pri zagonu oziroma nastavljanje vrtilne hitrosti ni

možna.

Pri motorju z drsnimi obroči je v nasprotju z opisanim kratkostičnim rotorjem rotorsko

navitje preko obročev in pripadajočih ščetk speljano na sponke v priključni omarici stroja.

Trifazno rotorsko navitje je običajno vezano v zvezdo. Začetki posameznih faz rotorskega

navitja so preko treh drsnih obročev in pripadajočih ščetk speljani na sponke v priključni

25

omarici stroja. Trifazno rotorsko navitje je zelo podobno statorskemu navitju in ima enako

število polovih parov kot statorsko navitje. Položeno je v utore železnega paketa rotorja, ki je

prav tako lameliran kot stator. Paket pločevine je nameščen na vrtljivi osi z utorom, ki skrbi

zato, da se paket ne more zavrteti po osi. Na eni strani paketa je na osi pritrjen ventilator, ki

služi za hlajenje motorja, na drugi strani paketa pa os izstopa iz ležajnega ščita na prosto, tako

da jo je mogoče sklopiti z osjo delovnega stroja.

Na trifazno rotorsko navitje motorja z drsnimi obroči lahko priključimo trifazne upornosti

rotorskega zaganjalnika. Z nastavljanjem vrednosti uporov trifaznega stroja spreminjamo

vrtilno hitrost. Po drugi strani lahko upornosti rotorskega zaganjalnika, kot že pove ime samo,

uporabljamo za zmanjševanje zagonskega toka, nato pa jih med obratovanjem kratko

sklenemo. Da preprečimo nepotrebno obrabo ščetk in se izognemo izgubam zaradi trenja, je

stikalo, s katerim kratko sklenemo drsne obroče navadno opremljeno še z ročico, s pomočjo

katere lahko ščetke odmaknemo od drsnih obročev. Ščetke seveda ne smemo odmakniti od

drsnih obročev, dokler ti niso premoščeni, sicer se lahko na sponkah odprtega rotorskega

navitja inducirajo nevarne prenapetosti. S premostitvenim stikalom in napravo za dviganje

ščetk od drsnih obročev dobi motor prav takšno obratovalno zanesljivost kot motor s

kratkostično kletko, vendar je motor drag. Mehak zagon, ki ga motor omogoča z rotorskim

zaganjalnikom, je danes mogoče doseči s frekvenčnimi pretvorniki ali močnostnimi

elektronskimi vezji tudi pri motorju s kratkostično kletko, tako da so trifazni motorji z drsnimi

obroči dandanes primerni le še za posebne namene uporabe, tako na primer za področje

srednjih napetosti in velikih moči.

7.4 Delovanje asinhronskega motorja

Trifazno navitje statorja je simetrično in je priključeno na trifazno omrežje treh izmeničnih

napetosti s konstantno amplitudo in frekvenco, ki so medsebojno fazno premaknjene za 120°.

Te napetosti poženejo v trifaznem navitju statorja tri sinusne toke, ki imajo isto amplitudo in

frekvenco in so prav tako med seboj premaknjeni za 120°. Tokovi povzročajo tri magnetne

pretoke, ki nihajo sofazno s tokovi in skupaj tvorijo rezultirajoče magnetno polje, ki se vrti s

frekvenco priključne napetosti. To polje imenujemo magnetno vrtilno polje, ki je za delovanje

asinhronskega motorja bistvenega pomena, ker inducira v kratko sklenjenih tuljavah

rotorskega navitja napetosti, ki poženejo kratkostične tokove. Ti tokovi imajo isto amplitudo

in frekvenco, vendar so med seboj fazno premaknjeni. Fazna premaknitev teh tokov je enaka

120° pri motorju z drsnimi obroči, pri katerem je rotorsko navitje trifazno in enako

26

oblikovano kot statorsko navitje, pri motorju s kratkostično kletko pa je fazna premaknitev

odvisna od števila faz rotorskega navitja. Gledano na splošno imamo tudi v rotorju nekakšen

polifazni sistem. Kratkostični tokovi povzročajo v povezavi z gostoto vrtilnega magnetnega

polja B sile, ki delujejo na vodnike rotorskega navitja in proizvajajo vrtilni moment, ki je

sposoben rotor pospešiti oziroma vrtilni moment, ki ga lahko rotor odda.

V grobem se rotor nahaja v enem od stanj: stanju mirovanja oziroma vrtenja. Ob vklopu

motorja se prične vrteti vrtilno magnetno polje s sinhronsko vrtilno hitrostjo, neodvisno od

tega, ali je rotor vgrajen ali ne. Inducirana napetost mirujočega rotorja požene tok (zagonski

tok) označene smeri, ki v skladu s pravilom leve roke določa smer sile oziroma vrtilnega

momenta na posamezno palico tako, da se rotor začne vrteti v isti smeri kot vrtilno magnetno

polje.

V motorskem področju obratovanja se mora rotor vrteti vselej z nižjo vrtilno hitrostjo kot je

sinhronska vrtilna hitrost, pravimo, da se vrti asinhrono in zato se motor imenuje asinhronski

motor. Asinhronski motor se mora vrteti počasneje kot se vrti vrtilno magnetno polje, če

obratuje v motorskem področju. Razlog je v tem, da mora premagovati bremenski moment

delovnega stroja, to pa je mogoče le, če teče rotorski tok. Rotorski tok lahko teče, če se v

rotorskem navitju inducira napetost in ta se lahko inducira le, če rotorske palice prečkajo

magnetne silnice vrtilnega magnetnega polja. Do tega pa prihaja tedaj, če vrtilni hitrosti nista

enaki.

Slika 7.5: Določitev smeri vrtenja rotorja

27

Majhno vrednost delovne komponente rotorskega toka pri zagonu pojasnjuje kazalčni

diagram na sliki 7.5, kjer vidimo, da je zagonski tok sicer velik, vendar pa tako močno fazno

zakasnjen, da je pripadajoča delovna komponenta zagonskega toka prav majhna.

Posledice majhne delovne komponente rotorskega toka pri zagonu motorja je razmeroma

šibak zagonski vrtilni moment motorja, kar pomeni, da asinhronski motor razmeroma težko

steče. Razmere pri zagonu asinhronskega motorja so zlasti neugodne pri motorju s

kratkostično kletko, kajti kljub velikemu zagonskemu toku proizvaja motor razmeroma

majhen zagonski tok. Obremenjenega motorja s kratkostično kletko zato po zagonu ne smemo

takoj ponovno zaganjati ob polni vrednosti napetosti, sicer lahko pregorijo navitja motorja.

Slika 7.6: Vrtilni moment povzroča delovna komponenta rotorskega toka

Iz slike 7.7 je razvidno, da doseže vrtilni moment pri določeni hitrosti n2 maksimalno

vrednost. To maksimalno vrednost imenujemo omahni vrtilni moment Mom, ustrezni slip pa

omahni slip som.

28

Slika 7.7: Potek vrtilnega momenta asinhronskega motorja

7.5 Asinhronski motorji s kratkostično kletko

Velikost zagonskega rotorskega toka je določena z inducirano napetostjo mirujočega rotorja

in impedanco rotorskega navitja mirujočega rotorja, od obremenitve, pri zagonu pa ne.

Obremenitev motorja podaljšuje le čas zagona in povečuje zaradi velikega zagonskega toka

proizvedeno toploto v rotorskem navitju.

Če želimo neugodno razmerje med zagonskim tokom in zagonskim vrtilnim momentom

izboljšati, moramo zmanjšati fazni premik v trenutku vklopa motorja, navidezno upornost pa

povečati. Oboje je mogoče doseči, če povečamo ohmsko upornost rotorskega navitja. V

omejenem obsegu lahko to zahtevo izpolnimo z rotorjem, ki ima dvojno kratkostično kletko.

Takšnemu rotorju pravimo tudi rotor z izrivanjem rotorskega toka.

Rotor z dvojno kratkostično kletko ima zunanjo kletko s tankimi palicami iz uporovnega

materiala in notranjo kletko z debelimi palicami, ki imajo majhno ohmsko upornost. Palice

29

notranje kletke so pogreznjene globoko v železo rotorja, tako da se lahko okrog palic dodobra

razvije stresani magnetni pretok, ki povzroča veliko stresano induktivnost notranje kletke.

V trenutku vklopa je frekvenca rotorske inducirane napetosti enaka omrežni frekvenci, zaradi

česar je stresana induktivna napetost tako velika, da lahko zagonski tok teče praktično samo v

zunanji kletki. Da bi učinek zmanjšanja zagonskega toka kar se da povečali, zmanjšamo

presek palic zunanje kletke. Posledica take konstrukcije je manjši zagonski tok, zagonski

vrtilni moment pa je lahko celo večji. Med obratovanjem z nazivno vrtilno hitrostjo sta

frekvenca in stresna induktivna upornost zelo majhna, zaradi česar se rotorski tok porazdeli na

obe kletki. Motor se pri nazivni obremenitvi obnaša kot običajni motor z enojno kletko in

okroglimi palicami. Pri majhnih motorjih se dvojna kletka zaradi ekonomičnosti proizvodnje

izdeluje v enem samem kosu vključno s krilci ventilatorja s postopkom tlačnega litja.

Podoben učinek na zmanjšanje zagonskega rotorskega toka kot rotor z dvojno kratkostično

kletko imajo tudi rotorji s poglobljenimi utori različnih profilov.

Slika 7.8: Rotor

Zagon motorjev s kratkostično kletko izvedemo pri majhnih močeh motorja z direktnim

vklopom, pri čemer je mogoče statorsko navitje vezati bodisi v zvezdo bodisi v trikot z

ustrezno premostitvijo sponk v priključni omarici. Spremembo smeri vrtenja dosežemo

enostavno z zamenjavo dveh faz med seboj.

30

8 MOŢNOSTI SPREMINJANJA ŠTEVILA VRTLJAJEV

ASINHRONSKEGA MOTORJA

Asinhronski motor, ki je priključen na omrežje toge napetosti, minimalno spremeni število

vrtljajev od prostega teka do nazivne obremenitve, celo na meji obremenitve pri omM je

oms =10 – 20 % in s tem so tudi n nekoliko manjši od ns.

Iz enačbe za število vrtljajev rotorja:

)1(60

)1( sp

fsnn s

1min so dane tri možnosti spremembe n:

s spremembo števila polovih parov oziroma števila polov,

s spremembo slipa,

s spremembo frekvence pritisnjene napetosti.

8.1 Spreminjanje števila vrtljajev s spremembo števila polovih parov

S spremembo frekvence fluksa se spreminja število vrtljajev. To v primeru nazivne napetosti

dosežemo s spremembo števila polovih parov. Zato v primeru enega polovega para p = 1

dobimo sinhronsko število vrtljajev 3000 vrt./min, če pa imamo dva polova para p = 2 pa se

vrtljaji razpolovijo. Dejansko pa še bodo vrtljaji rotorja manjši zaradi razlike slipa - s med

obema veličinama.

Spreminjanje števila vrtljajev s preklapljanjem polovih parov lahko dosežemo na dva načina.

V utore statorja vložimo dve navitji, vendar vsako dimenzioniramo na drugo število

polovih parov.

V statorju imamo eno navitje ter tako z notranjim preklapljanjem tega navitja dosežemo

spremembo števila polovih parov. (Najbolj znana je Dahlanderjeva vezava, ta omogoča

preklapljanje števila polov v razmerju 1 : 2.)

31

8.2 Spreminjanje števila vrtljajev s spremembo slipa

Spremembo slipa dosežemo posredno na naslednje načine.

S priključitvijo dodatnih uporov v rotorski tokokrog pri asinhronih motorjih z drsnimi

obroči. S tem dosežemo, da postane momentna karakteristika bolj položna in omahni

moment se pomakne v levo. S tem se slip pri delovni točki viša, vrtljaji pa se

manjšajo.

S spremembo pritisnjene napetosti, ker je moment premosorazmeren s kvadratom

napetosti. Ta način se uporablja pri pogonih z ventilatorsko karakteristiko, velik

problem pa je v tem, da se veča slip, kar pa povečuje izgube v rotorju.

8.3 Spreminjanje števila vrtljajev s spreminjanjem frekvence napajalne napetosti

Iz enačbe za napetost kfU sledi, da se mora pritisnjena napetost spremeniti linearno s

frekvenco. V tem primeru je kffUfU xx //

konstanta in ostane magnetni fluks

praktično enak. Motor je polno izkoriščen. Vsak asinhronski motor, ki je grajen za omrežje 50

Hz, lahko obratuje tudi na omrežju 60 Hz, če je ustrezno višja napetost in obratno. Pri tem je

na omrežju 60 Hz moč motorja za faktor 60/50 = 1,2-krat večja kot na omrežju 50 Hz še nekaj

večja zaradi boljše ventilacije stroja pri višjih vrtljajih. Poseben primer je prehod na ameriško

omrežje in obratno:

Hz

V

Hz

V

60

460

50

400

V tem primeru je razmerje frekvenc 1,2-kratnik, medtem ko je razmerje napetosti nekaj

manjše. Kljub temu se v takšnih primerih dovoljuje obratovanje motorjev na enem ali drugem

omrežju brez previjanja motorjev.

8.4 Obratovanje asinhronskega stroja s frekvenčnim pretvornikom

S prevlado elektronike se uporabljajo za napajanje asinhronskih motorjev frekvenčni

pretvorniki. Glede na enačbo za inducirano napetost velja, da moramo hkrati s frekvenco

premo sorazmerno povečati tudi napetost. Zaradi ravnotežja se bo ustrezno zmanjšal fluks v

stroju, če je pritisnjena napetost na motorju konstantna, frekvenco pa povečujemo preko

nazivne vrednosti. Govorimo tudi o obratovanju stroja v področju slabljenja polja. Pri

32

konstantnem toku in pri zmanjšanem fluksu dobimo ustrezno manjši tudi vrtilni moment

stroja. Vrtilni moment od frekvence 0 do nazivne frekvence Nf je lahko konstanten. V točki

Nf je tudi napetost enaka nazivni napetosti omrežja, s katero napajamo frekvenčni pretvornik.

Od točke Nf na spodnji sliki lahko s frekvenčnim pretvornikom povečujemo le frekvenco pri

konstantni napetosti, zato vrtilni moment pada. Oddana moč je maksimalna v bližini točke Nf

in nato začne polagoma padati.

f1 fn f3 f2

M

Pn (S1)

P (S6)

Pmax

PM

Slika 8.1: Diagram moči in vrtilnega momenta v odvisnosti od frekvence

Termična moč stroja je največkrat precej manjša od maksimalne moči. Termična moč (polna

črta) je odvisna od pogojev hlajenja. Zato je področje obratovanja stroja določeno s termično

mejno vrednostjo toka stroja, pri katerem se le-ta v trajnem obratovanju segreva tako, da

temperatura ne preseže za določen razred dovoljene temperature izolacije. Seveda je mogoče

obratovanje tudi pri večji moči (črta pika) in enakem hlajenju, toda le v intermitiranem

pogonu. Navadni intermitirani pogon je S2, tj. kratkotrajno obratovanje, npr. 15 minut ali S6,

trajno obratovanje s kratkotrajno obremenitvijo, trajanje cikla npr. 5 minut in trajanje

obremenitve npr. 40 %. Intermitirani pogon pri večji konstantni moči je mogoč le do

frekvence 3f , ki je manjša od tiste pri trajnem pogonu 2f .

Vsi stroji s frekvenčnim pretvornikom imajo navadno tuje hlajenje. To je izvedeno z

ventilatorjem, ki ga poganja manjši enofazni ali trifazni motor z zunanjim rotorjem. Pri tem

piha ventilator zrak po površini stroja. Pri večjih močeh je lahko stroj hlajen tudi z vodo, ki

kroži v plašču stroja. Pri bolj zahtevnih pogonih je hladilna voda speljana tudi v ležajnih ščitih

v bližini ležajev. Zato so v tem primeru hladilni pogoji praktično konstantni v celotnem

33

področju delovanja. Torej lahko stroj v celotnem področju obratovanja obremenimo s

konstantnim tokom, ki je povezan s pogoji hlajenja in razredom izolacije. Kratkotrajno

povečanje moči je mogoče le, če frekvenčni pretvornik v točki 1f ni polno tokovno izkoriščen,

tako, da je mogoče ustrezno povečati tok. Navadno tudi napetost v točki 1f ni enaka

maksimalni, tj. omrežni napetosti in je manjša od tiste v točki Nf .

9 FREKVENČNI PRETVORNIK

Frekvenčni pretvornik služi za spreminjanje frekvence in v kombinaciji z asinhronim

motorjem za spreminjanje vrtljajev motorja. Energetski del frekvenčnega pretvornika je

sestavljen iz usmerniškega dela, razsmernika in kondenzatorja. Potrebno energijo prejema iz

omrežja, ki preko trifaznega diodnega usmerniškega vezja napaja kondenzatorsko baterijo.

Kondenzator služi zagotavljanju konstantne napetosti tudi, ko se vhodna napetost med

polvaloma zniža. Ko vklopimo napravo predstavlja kondenzator, ko je prazen, praktično

kratek stik. Velik polnilni tok bi lahko poškodoval diode in na dovodni strani bi bil problem z

varovalkami in nihanjem napetosti ob vklopu. Za preprečevanje tega pojava se največkrat

uporablja polnilno vezje, sestavljeno iz upora za polnjenje kondenzatorja, ki ga čez čas

premosti kontaktor ali rele.

Na izhodni strani pa je šest polprevodniških elementov (tranzistorjev), ki sestavljajo

razsmernik. Z ustreznim krmiljenjem posameznih stikal (s pomočjo krmilne elektronike)

lahko statorsko navitje asinhronskega motorja napajamo tako da ustvarja magnetno vrtilno

polje. Hitrost vrtenja polja pa lahko sedaj uravnavamo s časovnim zaporedjem vklapljanja

posameznih stikal (tranzistorjev). Tako dobimo vrteče se magnetno polje s spremenljivo

hitrostjo vrtenja in s tem tudi spremenljivo hitrostjo vrtenja rotorja. Da dosežemo enakomeren

tek motorja, krmilimo stikala tako kot kaže slika. V vsaki polperiodi vklapljamo in

izklapljamo posamezno stikalo večkrat v ritmu sinusa. Ob vsakem vklopu se na določeno fazo

pritisne napetost vmesnega enosmernega kroga, ki skozi statorsko navitje poganja ustrezni

tok. Ker se motor obnaša kot nizko propustno sito (R–L breme), je tok sinusne oblike (ti.

pulzno širinska modulacija). Krmilna elektronika pa mora zagotavljati tudi spremembo

efektivne vrednosti pritisnjene napetosti, da ostane magnetni pretok v mejah tistega pri

nazivni točki, pri napajanju iz omrežja oziroma variabilno spreminjanje U/f v primeru

specifičnih bremenskih karakteristik, kot je ventilator.

34

Krmilna elektronika je galvansko ločena od omrežja tako da jo lahko povežemo z procesnim

računalnikom ali na krmiljenje brez posebnih vmesnikov. Sodobni frekvenčni pretvorniki

nudijo zaščito asinhronskega motorja in nekateri imajo vgrajene PI ali PID regulatorje (torej s

povratno vezavo).

L1

L2

L3

Vmesni enosmerni krog Asinhroni motor

A M

Usmernik Rasmernik

U

I

Pulzna širinska modulacija (PWM)

Slika 9.1: Energetski del frekvenčnega pretvornika

35

10 MOTORJI

Farma vsebuje kar nekaj različnih motorjev, ki s pomočjo električne energije omogočajo

delovanje hale.

Trifazni motor, ki omogoča dobavo silosa v hlev, ima moč 0,75 kW in deluje s 1400 obrati na

minuto.

Trifazni motorji, ki poganjajo krmilna trakova, imajo moč 0,73 kW ter delujejo tudi pod

napetostjo 380 V. Motor deluje s 1390 obrati na min-1

.

Motor, ki odpira lopute deluje na eno fazo ter ima dvojno navitje za vrtenje motorja v desno

ali v levo. Moč teh motorjev je 0,06 kW ter delujejo s 1350 obrati na min-1

.

Piščančja hala se hladi tudi s pomočjo vlaženja zraka na loputah. Vlaženje opravljajo motorji

z visokotlačno črpalko z močjo 3 kW pod napetostjo 380 V in obrati 1430 min-1

. Vlaženje

zraka v hali poteka pod pritiskom 60 do 70 barov in pretokom 21 litrov vode na minuto.

10.1 Frekvenčni pretvornik OMRON 3G3JV

Slika 10.1: Frekvenčni pretvornik

36

Frekvenčni pretvornik se montira v električno razdelilno omarico. Maksimalna uporabna moč

motorja je lahko 2,2 kW. Vklop motorjev vezanih preko frekvenčnega pretvornika se izvede v

pretvorniku. Ukaz za vklop pa dobi frekvenčni pretvornik od računalnika. Da se ne odpira

električna omara vsakič, ko se spreminja frekvenca se na vrata omare vgradi potenciometer

2 kΩ.

Frekvenčni pretvornik ima vgrajene razne zaščite:

- zaščita motorja (zaščiten je elektronsko termično),

- zaščita pred trenutnim prevelikim tokom (izključi pri približno 250 % od nazivnega

izhodnega toka ki ga moramo vnesti v program pretvornika),

- zaščita pred prenapetostjo (izključi kadar je enosmerna napetost glavnega kroga

približno 410 V),

- zaščita pred premajhno napetostjo (izključi kadar je enosmerna napetost glavnega

kroga približno 200 V),

- pregretje hladilnih reber (odkrije pri približno 110 °C).

10.2 Delovanje hleva opremljenega z rival sistemom

Ta sistem vsebuje 4 bočne ventilatorje od katerih sta dva vezana vzporedno na en frekvenčni

pretvornik, 4 tunelske ventilatorje in 3 temperaturne sonde, ki dajejo informacijo računalniku,

kdaj požene kateri ventilator v hlevu. V hlevski računalnik moramo vnašati vsakodnevno

željeno temperaturo po starosti piščancev (slika 2.1). Hlevski računalnik potrebuje podatke

na koliko časa se naj vklopita ventilatorja za menjavo zraka (prezračevanje), to je približno

vsakih 20 min po 5 min odvisno od zunanje temperature, pri tem pa pozimi pride do težav, saj

prezračevanje povzroča prekomerno ohlajanje hleva. Preden pridejo piščanci v hlev mora bit

hlev segret na 33 °C to dosežemo z dogrevanjem s plinskimi grelci. Za hlajenje pa

uporabljamo ventilatorja, ki sta vezana preko frekvenčnega pretvornika. Frekvenčni

pretvornik nam služi samo za zmanjševanje hitrosti ventilatorja, to pomeni, da deluje v

območju od 20 Hz do 50 Hz. Zmanjšani vrtljaji morajo biti zato, da se ob prevelikem prepihu

ne prehladijo piščanci. Stenske lopute so prav tako krmiljene s strani računalnika in sicer se

odpirajo glede na število vklopljenih ventilatorjev. Več ventilatorjev je vklopljenih bolj

morajo biti odprte lopute. Lopute se morajo odpreti preden se vklopi ventilator, to pa zaradi

podtlaka, ki bi nastal v nasprotnem primeru. Tunelski ventilator se uporablja pri povišani

temperaturi, ko bočna ventilatorja ne zadoščata več, predvsem tedaj, ko so piščanci že večji.

37

Če je temperatura še vedno visoka, se vklopi hlajenje zraka preko vlaženja zraka, tedaj morajo

biti lopute odprte do konca in vklopljeni morajo biti vsi ventilatorji zaradi odstranjevanja

vlage, ki bi se sicer nabrala v objektu. Visokotlačne šobe so nameščene pod loputami tako, da

hladijo vstopni zrak, čim manjše so kapljice (premera 0,03mm) tem boljši je učinek hlajenja.

10.3 Pretoki zraka ventilatorjev

Hlev vsebuje 10 ventilatorjev, od katerih sta dva stropna, štirje bočni in štirje zadnji tunelski

ventilatorji.

Stropna ventilatorja sta v vročih dneh za hitrejše ohlajanje zraka, ko obstoječa ventilacija ne

zadošča. Motor je enofazen 230 V in moči 0,4 kW. Pretok zraka je 6000 m3/h. Vklapljanje

ventilatorjev je ročno.

Štirje zadnji tunelski ventilatorji so v pogonu samo pri bistveno povečani temperaturi, ko

bočni ventilatorji ne zmorejo. Vklapljanje je preko krmilnega računalnika. Vklapljajo se

postopoma odvisno od temperature. Sorazmerno z vklapljanjem števila ventilatorjev se

odpirajo tudi stranske lopute. Z odpiranjem loput, se spreminja podtlak v hlevu. Pretok zraka

enega ventilatorja je 37000 m3/h pri 10 Pa ali 0,1 milibara. Moč motorja ventilatorjev znaša

0,75 kW. Z večanjem števila vklopljenih ventilatorjev se sorazmerno veča tudi pretok zraka,

podtlak pa se uravnava s stranskimi loputami.

Štirje bočni ventilatorji so v pogonu sami ali s kombinacijo s stropnimi ventilatorji. Delujejo

pri povečani temperaturi in za izmenjavo svežega zraka. Vklapljajo se preko krmilnega

računalnika. Vklapljata se po dva ventilatorja skupaj, od katerih sta dva vezana samo preko

kontaktorjev. Ostala dva pa sta vezana preko frekvenčnega pretvornika. Vklapljajo se na

temperaturo in sicer, najprej dva, ki sta vezana preko frekvenčnega pretvornika in nato

naslednja dva. Za izmenjavo zraka se uporabljata samo tista dva, ki sta vezana preko

frekvenčnega pretvornika. Slaba stran tega, da sta dva motorja vzporedno vezana na en

frekvenčni pretvornik je, da ob okvari enega motorja ne deluje nobeden, če pride ob okvari

motorja do kratkega stika. Gledano z ekonomskega vidika je rešitev boljša, ker okvare niso

pogoste. Frekvenčni pretvornik za vzreditelja predstavlja velik strošek. Frekvenca in s tem

hitrost ventilatorjev se preko potenciometra nastavlja ročno na glavni omari, glede na potrebe

prezračevanja. V hladnih dneh mora biti pretok zraka manjši, da ne pride do prehladitve

piščancev. Če je pretoka zraka manjši, mora biti čas obratovanja ventilatorja za izmenjavo

zraka daljši. Ta čas se nastavlja po potrebi v računalniku. Pretok zraka enega bočnega

ventilatorja pri 1400 obratih motorja znaša 16608 m3/h.

38

Z manjšanjem obratov motorja se manjša tudi pretok zraka, kar tudi želimo doseči. Obrate

spreminjamo s frekvenčnim pretvornikom. Delovanje ventilatorjev vseh tipov je opisano s

pravili, ki jih poznamo pod imenom »Ventilatorski zakoni«, tudi Kubni zakon:

- pretok Q je proporcionalen hitrosti vrtenja 2

1

2

1

n

n

Q

Q,

- tlak p v objektu je sorazmeren kvadratu hitrosti vrtenja 2

2

2

1

2

1

n

n

p

p,

- moč P ventilatorja je sorazmerna tretji potenci hitrosti vrtenja 3

2

3

1

2

1

n

n

P

P.

Meritve

Za ugotovitev hitrosti obratov motorja smo opravili meritve pri različni napajalni frekvenci.

Meritev smo opravili z instrumentom za merjenje obratov motorja. Tip instrumenta: »

PHOTO/CONTACT TACHOMETER UNITEST Cat-No. 93412«. Odčitavanje frekvence je

bilo iz frekvenčnega pretvornika.

Tabela 2: Spreminjanje obratov s frekvenco

f (Hz) n (min-1

)

50 1328

45 1195

40 1078

35 955,7

30 831

25 702,4

20 570

39

Izračuni

Q = 16608 m3/h pri n=1400 min

-1

h

mQ

n

nQ

350

50 9,15753166081400

1328

h

mQ

n

nQ

3

50

45

45 1,14176166081400

1195

h

mQ

n

nQ

3

50

45

40 2,12788166081400

1078

h

mQ

n

nQ

3

50

35

35 3,11337166081400

7,955

h

mQ

n

nQ

3

50

30

30 9858166081400

831

h

mQ

n

nQ

3

50

25

25 5,8332166081400

4,702

h

mQ

n

nQ

3

50

20

20 8,6761166081400

570

Slika 10.2: Spreminjanje pretoka zraka s spreminjanjem frekvence

Večja kot je frekvenca večji je pretok zraka. Iz tega sledi, da moramo ventilatorju, ki je

namenjen za izmenjavo zraka, večati čas obratovanja ventilatorja pri manjšem pretoku zraka.

Pri 50 Hz je pretok Q = 16608 m3/h in mora ventilator obratovati pet minut, na vsakih 20

40

minut. S tem, ko piščanci rastejo, pa se mora vmesni čas manjšati. Tako, da trideseti dan

znaša vmesni čas deset minut.

Izračun trajanja obratovanja ventilatorja pri nižjih obratih. fQ

Vt60

t – čas

V – potrebna količina zraka ki jo moramo menjati

Qf – pretok zraka pri različnih frekvencah

min9,51,14176

60138445t

min5,62,12788

60138440t

min3,73,11337

60138435t

min4,89858

60138430t

min105,8332

60138425t

min3,128,6761

60138420t

Slika 10.3: Spreminjanje časa obratovanja ventilatorja s spreminjanjem frekvence

41

10.4 Primerjava med tremi enako velikimi hlevi z različno ventilacijo

Z razvojem se je spreminjala tudi tehnologija ventilacije v piščančjih farmah. Eden izmed

starejših sistemov je napravljen s 16-imi stropnimi ventilatorji z močjo 0,31 kW katere lahko

vklapljamo ročno ali preko termostata, po potrebi pa lahko katerega izklopimo. Stenske lopute

so namenjene za dovod zraka in se odpirajo s pomočjo ročne vitle. Prednost te ventilacije je

vzgonski način delovanja, kar povzroči manjšo porabo energije v zimskih mesecih in pri

izpadu električne energije ali okvare v inštalaciji manjša možnost zadušitve piščancev

oziroma v hlevu je dlje časa svež zrak. Za menjavo zraka pa morajo farmarji vklapljati

ventilatorje ročno. V vročih dneh je poraba električne energije zelo velika, zaradi velikega

števila ventilatorjev (16).

Novejši sistem je tako imenovan Nemški sistem, Big Dečman (SKOV) za katerega je

investicija zelo draga. Ta sistem vsebuje 6 stropnih ventilatorjev z zapornimi loputami v

ventilacijskem kanalu pod motorjem. Za primer povečane temperature sta nameščena še dva

zadenjska tunelska ventilatorja. Ventilatorji so krmiljeni s strani računalnika. Šest stropnih

ventilatorjev ima možnost spreminjanja frekvence, medtem ko tunelska ventilatorja delujeta z

vso močjo. V zimskih mesecih je ta ventilacija dražja zaradi stalnega obratovanja

ventilatorjev. Stenske lopute so povezane z jekleno pletenico s katero preko prenosa lopute

odpira oziroma zapira 24 V enosmerni motor. V primeru izpada električnega toka se takoj

odpre stenska loputa s pomočjo rezervnega akumulatorja. Ta tip ventilacije omogoča najboljši

zrak v piščančji farmi, vendar je ekonomsko najslabši.

Rival sistem pa je varčen glede porabe in investicija ni pretirano velika. Vzdrževanje pa ni

tako zahtevno. V primeru okvare se morajo lopute odpreti ročno. Potrebno je čim hitreje

odpraviti napako na hlevu in ga priključiti nazaj na omrežje, v primeru izpada električne

energije pa se avtomatsko požene dizel agregat. V tem hlevu pride do zadušitve piščancev v

primeru okvare že v eni uri.

42

hlev 1 – Big Dečman; hlev 2 – Rival sistem; hlev 3 – stari sistem

Graf 1: Primerjava porabe električne energije

11 SKLEP

Z vgradnjo frekvenčnega pretvornika v sistem klimatizacije piščančje farme dobimo mehak

zagon ventilatorja in zaustavitev ventilatorja. Fiksno nastavljanje hitrosti s čemer lahko

zagotovimo na osnovi zunanjih signalov željene vrtljaje ventilatorjev, ki zagotavljajo ustrezne

parametre v prostoru. Izognemo se električnim in mehanskim sunknom ob vklopu in izklopu

naprav. Na osnovi navedenega dobimo v sistemu konstanten moment v vsem področju

delovanja motorja. Dodatno pa imamo v sistemu integrirane vse zaščite za varovanje motorja

(napetostna, kratkostična in pretokovna zaščita) ter nazadnje pridobimo velik prihranek

električne energije. Ob vgradnji frekvenčnega pretvornika v sistem pa se moramo zavedati, da

le ti vnašajo v sistem višje harmonske komponente, ki jih moramo upoštevati pri sami

vgradnji opreme in izvesti kvalitetno zaščito signalnih vodov pred motnjami v sistemu.

Namen diplomske naloge je bil proučiti pogon ventilatorjev z asinhronskimi motorji

napajanimi s frekvenčnimi pretvorniki. Primerjali smo karakteristike pogonov in porabo

električne energije v treh hlevih z različnimi pogoni.

43

12 VIRI IN LITERATURA

[1] Nada Zorko-Braun, Perutninarstvo-skripta, Višja agronomska šola, Maribor, 1979.

[2] Andrej Tkalec, Analiza vpliva sodobne opreme za prezračevanje v rejah brojlerskih

piščancev: diplomsko delo, Fakulteta za kmetijstvo, Maribor, 2001.

[3] Arhiv Perutnine Ptuj (interno gradivo)

[4] Rudi, Pušenjak, Elektrooprema in pogoni, Fakulteta za strojništvo, Ljubljana, 1997.

[5] Ivan Zagradišnik in Slemnik Bojan, Električni rotacijski stroji: učbenik, Fakulteta za

elektrotehniko, računalništvo in informatiko, Maribor, 2001.

[6] Štefan Pintarič in Martin Dobeic, Meritve mikroklime: študijsko gradivo, Biotehniška

fakulteta, Ljubljana, 2007.

13 PRILOGE

13.1 Seznam slik

Slika 2.1: Opisuje želeno in izmerjeno temperaturo ................................................................5

Slika 2.2: Odvisnost relativne vlage od temperature. ...............................................................6

Slika 3.1: Ventilacija z nadtlakom. .........................................................................................8

Slika 3.2: Ventilacija s podtlakom. .........................................................................................8

Slika 3.3: Tunelska ventilacija. ............................................................................................. 10

Slika 3.4: Razporeditev električne opreme v perutninskem hlevu Dobrovnik ........................ 12

Slika 4.1: Plinski grelec. ....................................................................................................... 13

Slika 5.1: Ventilator – dimenzije........................................................................................... 15

Slika 5.2: Ventilator tipa ES-100 R ....................................................................................... 16

Slika 6.1: Računalnik ............................................................................................................ 18

Slika 7.1: Direktni vklop asinhronskega motorja s kratkostično kletko .................................. 19

Slika 7.2: Vezava stikala zvezda – trikot na sponke UVW asinhronskega motorja s

kratkostično kletko ............................................................................................................... 20

Slika 7.3: Vezava statorskega zaganjalnika na sponke UVW asinhronskega motorja ............ 22

Slika 7.4: Rotor s kratkostično kletko ................................................................................... 24

Slika 7.5: Določitev smeri vrtenja rotorja .............................................................................. 26

Slika 7.6: Vrtilni moment povzroča delovna komponenta rotorskega toka ............................ 27

44

Slika 7.7: Potek vrtilnega momenta asinhronskega motorja ................................................... 28

Slika 7.8: Rotor .................................................................................................................... 29

Slika 8.1: Diagram moči in vrtilnega momenta v odvisnosti od frekvence............................. 32

Slika 9.1: Energetski del frekvenčnega pretvornika ............................................................... 34

Slika 10.1: Frekvenčni pretvornik ......................................................................................... 35

Slika 10.2: Spreminjanje pretoka zraka s spreminjanjem frekvence ....................................... 39

Slika 10.3: Spreminjanje časa obratovanja ventilatorja s spreminjanjem frekvence ............... 40

13.2 Seznam tabel

Tabela 1: Srednje vrednosti razmerij zagonskega toka in zagonskega momenta motorjev s

kratkostično kletko ............................................................................................................... 21

Tabela 2: Spreminjanje obratov s frekvenco.......................................................................... 38

13.3 Seznam grafov

Graf 1: Primerjava porabe električne energije ....................................................................... 42

13.4 Naslov študenta

Janko Polanec

Hajdoše 28/a

2288Hajdina

Tel.: (02) 783 - 3271

e-mail: polanec75@gmail.com

13.5 Kratek ţivljenjepis

Rodil sem se 8. 9. 1981 na Ptuju. V letih 1988-1996 sem obiskoval Osnovno šolo Hajdina in

jo zaključil z prav dobrim uspehom. Po končani osnovni šoli sem se odločil za šolanje na

Srednji elektro – računalniški šoli v Mariboru za poklic elektrikarja motornih vozil. Srednjo

šolo sem leta 1999 končal z prav dobrim uspehom in se zato odločil za pridobitev naziva

45

elektrotehnik elektronik, ki sem si ga po dveh letih pridobil na Šolskem centru Ptuj, kjer sem

leta 2001 z prav dobrim uspehom zaključil Poklicno in tehniško elektro šolo. Leta 2001 sem

se vpisal še na Fakulteto za elektrotehniko računalništvo in informatiko Maribor, smer

močnostna elektrotehnika, ki jo sedaj uspešno zaključujem.

46